基于區間層次分析法的汽車安全配置擴散順序研究

成艾國+吳正婷

摘 要：為解決汽車生產廠家安全技術路線規劃及配置選擇的問題，提出了一種不確定多屬性配置評價模型來研究安全配置擴散的優先級順序。從系統的角度出發分析了配置擴散的影響因子，在充分考慮因子數據和決策數據模糊性的基礎上，采用模糊區間數與層次分析法建立不確定多屬性配置評價模型。給出了安全配置的安全貢獻度量化公式，利用實際調研結合客觀數據量化期望安全貢獻度，借助技術采用生命周期理論衡量技術風險，以有效可行的方式實現了同類配置間的橫向比較，并通過實例驗證了模型的實用性。

關鍵詞：汽車安全配置；配置評價模型；區間層次分析法；安全貢獻度

中圖分類號：U461.91文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.05.11

隨著道路交通安全問題日益突出，消費者對汽車的安全性越來越重視，汽車安全配置的高低也逐漸成為影響消費者購買的重要因素。通常，先進的技術都優先配備在最高端的車型上，隨著時間的推移逐漸擴散到下一等級的車型中，但近年來市場上汽車安全配置的擴散不一定是循序漸進地發展，“高端配置低端化”現象層出不窮，成為眾多中低端汽車宣傳和吸引消費者的熱點。定速巡航應用在8萬元左右的車型上，疲勞駕駛預警系統和全景攝像頭應用在10萬元左右的車型上，一鍵啟動、無鑰匙進入成為某品牌10萬元以內全系車型的標配，汽車廠家對安全配置的選擇和應用開始打破傳統，推陳出新。面對越來越理智的消費者，進行安全配置的評價研究從而探索安全配置擴散的優先級順序成為各汽車廠家亟待解決的問題。

對安全配置的評價研究可分為兩類，一類是基于試驗或事故仿真方法層面的評價研究，張慶等[1]建立了基于試驗的電子穩定控制系統（Energy Absorbing Steering Column，ESC）主、客觀評價體系，適用于目前企業評估ESC系統；何鋆等[2]根據上海地區的真實交通工況，對自動緊急制動系統（Autonomous Emergency Braking，AEB）在4個典型測試場景中進行建模分析，得到AEB的總體安全收益，對在中國上市的AEB系統的評估具有重要意義。另一類是基于事故統計數據方法層面的評價研究，目前主要集中在國外，國內研究者涉足較少。豐田汽車公司的 Aga等[3]基于交通事故數據研究分析了車身穩定控制系統（Vehicle Stability Control，VSC）的有效性；挪威交通運輸經濟學研究所的Erke[4]在回顧前人實證分析的基礎之上對ESC進行了評價；Kusano等[5]借助自然駕駛研究（Naturalistic Driving Studies，NDS）數據量化研究了預碰撞警示系統（Forward Collision Warning，FCW）的作用效果；Bálint等[6]通過德國事故深入研究數據庫（GIDAS）等交通數據建立起相對碰撞速度與受傷人數的關系，以AEB系統能夠減少的相應傷害的受傷人數比例來評價其收益，直觀地得到AEB系統的安全收益。

以上評價研究都是針對單個安全配置，且大多處于不同評價層面，缺乏系統性，無法進行配置之間的相互比較。而當前市面上安全配置種類繁多，作用方式、效果大相徑庭，且各配置的質量、成本、開發周期難以衡量，因此系統性地對各安全配置進行建模分析很困難，不確定性很大，鮮有文獻涉及。國內同濟大學的周圣立[7]從GIDAS出發，提出了從同一層面評價汽車安全系統安全收益的標準和方法，并預測了各汽車安全系統對今后交通安全帶來的總收益，為安全配置的優化選擇提供了重要參考。但該評價方法建立在充分詳實的數據基礎上，而目前我國缺乏類似的數據庫，所以該方法對于一般的研究者并不適用。

本文提出了一種適用于現階段的配置評價方法，在客觀事故數據的基礎上結合實際調研進行配置的系統化評價，實現同類安全配置的橫向比較。在對影響配置擴散的各方面因素進行分析后，針對因子量化過程中不確定性和模糊性的特點，采用模糊區間數與層次分析法相結合的方法，建立了不確定多屬性配置評價模型，分析安全配置擴散的優先級順序，為汽車企業選擇汽車配置提供了科學的

依據。

1 問題描述

配置擴散是指隨著時間的推移，配置不斷被越來越多的消費者所采用的過程。在配置的擴散過程中，消費者基于自身的需求和價值感知對各個配置有不同的偏好，生產廠家則在探索獲取消費者配置偏好的基礎上，結合自身資源和競爭對手形勢，綜合考慮后制定配置投放市場的計劃?；谙到y性和普遍性的原則，構建了表1所示的配置擴散影響因子分析模型，其中消費者方面的因子包括需求形成和購買過程的所有影響因子，具體到汽車配置的各因子見表1。汽車生產廠家是配置擴散中決定性的一環，本文從生產廠家的角度出發，通過研究汽車配置擴散的優先級順序，從而指導廠家進行技術選擇和新車型定位。

汽車廠家考慮各方面的因素進行配置評價從而判斷配置擴散優先級順序的問題屬于多屬性決策問題，層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）具有處理定量和定性屬性的能力，應用簡單，是多屬性決策的首選方法。同時考慮到配置評價各屬性信息呈現不完整性、不確定性及不可靠性等特點，以及決策人員對各屬性重要程度的判斷（偏好信息）本身也具有模糊性和不完整性等特點，應用區間數能柔性地表達屬性信息和決策者偏好，適合不確定背景下的決策。鑒于以上分析，以區間層次分析法為框架來研究配置評價問題，可有效克服定量因子和定性因子并存的難題，而且更為細致和直觀地刻畫目標屬性信息和決策者的判斷信息。

實際中由于不確定信息的決策經常出現，區間層次分析法的應用很廣泛。高顯義等[8]針對工程項目風險評估中存在的復雜性和影響因素的不確定性，提出了基于區間數層次分析法的工程項目風險評估方法，合理處理了決策因素的不確定性以及專家判斷的模糊性，使評估結果更具可信性及科學性。郝慶波等[9]基于評價對象和相似產品之間可靠性水平的差異程度很難準確評定的問題，提出了一種引入區間層次分析的數控機床可靠性預計方法，進一步提高預計結果的準確性。朱慶鵬等[10]針對高速送料機可靠性分配中存在的模糊因素較多難以定量分析的問題，在多級模糊評判的基礎上引入區間層次分析法，提出一種高速送料機的可靠性綜合分配方法。區間層次分析法還在供應商評價、天然氣供應系統風險評價、災害危險性評價等方面都有應用，它在處理不確定多屬性決策問題中具有廣泛的適用性和實用性。因此，本文采用區間層次分析法建立不確定多屬性配置評價模型進行配置擴散優先級順序研究。

2 不確定多屬性配置評價模型

根據AHP解決問題的主要步驟，制定了不確定性多屬性配置評價模型的建模過程。

步驟 1：判斷矩陣構建。

設為目標屬性集，假設這些屬性是加性獨立的，有p個決策者對n個屬性進行兩兩比較，每個決策者都做出他們相對重要程度的判斷，記為，

且要求

，重要程度的賦值按照傳統的AHP1-9標度定義，得到判斷矩陣，

其中，

，表示p個決策者一致認為屬性Qi，Qj相對重要程度存在的范圍，其置信度為1，故取為群體決策所作出的判斷。

步驟 2：矩陣的一致性判斷及權重求解。

區間數判斷矩陣必須保證具有局部滿意一致性，否則求得的權重沒有意義。而根據相關定理[11]，區間數判斷矩陣一致等價于和一致。如果區

間數判斷矩陣不滿足一致性則需要決策者調整判斷賦值表。

將美國運籌學家游伯龍提出的梯度特征向量法求解權重進行拓展，得到區間數判斷矩陣的權重計算公式[12]：

。

式中：任意取定，

。

步驟3：指標值的規范化處理。

記Si，為目標方案集，假設以不同物理量綱給出的Si關于某個指標Qj的度量值為一個區間值，其中，則可采用“比

重變換法”對其進行規范化處理，計算式如下：

（當Qj為效益型指標），

（當 Qj為成本型指標）。

顯然，。

步驟4：求解決策方案的綜合評估值。

設屬性的權重向量為，則根

據多屬性決策分析的加權法則，決策方案Si的綜合評價值區間，可以分別由下列兩個線

性規劃模型求得[13]：

步驟5：模糊區間值排序。

考慮到目標對準確性的要求，同時兼顧實用性和易操作性等客觀要求，在此選用期望-方差法作為度量配置綜合評估值的排序方法。

記方案Si的綜合評價值為，設ui為區間數上服從均勻分布的隨機變量，由概率密度函數容易求得[14]：

。

3 汽車安全配置擴散研究

3.1 評價指標的選取

從汽車生產廠家角度出發，探索汽車安全配置的擴散規律，研究對象囊括被動安全配置和主動安全配置，主動安全配置又劃分為自動輔助類、信息提醒類和視野輔助類，在汽車上已經基本配備的安全配置——主副安全氣囊安全帶及安全帶未系提示、兒童座椅接口、制動防抱死系統（Antilock Brake System，ABS）和電子制動力分配系統（Electric Brakeforce Distribution，EBD），以及車輛防盜類安全配置不在本次研究范圍內。汽車生產廠家在選擇安全配置時需要考慮的因素錯綜復雜（表1），但企業最關注的是直接促使消費者做購買決策的各個因子，所以產品的功能、技術成熟度、成本都是企業考慮的重點，情感因素是很難統一的，因此影響力不大，在此不考慮。價值感知因子是由需求約束因子驅動形成的，兩者之間存在較強的相關性，即在考慮價值感知因子的同時需求約束因子已經很大程度被融入在內。政策法規作為國家調控市場的有力手段，關乎企業的生存根本，作用效果明顯，有必要對其進行考慮。至于生產廠家自身資源及競爭形勢，為了簡明扼要地分析問題，可考慮在配置評價的結果之上再對其進行適當考慮。綜上所述，最終確定安全貢獻度Q1、成本Q2和政策引導Q3這三個影響因子作為配置選擇的評價指標。

3.2 評價指標的量化

安全貢獻度Q1是指安全配置對汽車安全性能提高的影響程度，它與配置的功能定位以及技術發揮的穩定程度有關，在衡量功能重要性的過程中融入了消費者調研數據，因此消費者的需求偏好也同時在該指標里面加以考慮。安全貢獻度是一個綜合性指標，本文對安全貢獻度的計算進行如下定義：

。

式中：Q1e為期望安全貢獻度；r為技術風險值。

3.2.1 期望安全貢獻度

被動安全類配置按照作用的事故類型、保護對象和主要保護部位可以確定其期望安全貢獻度。各事故類型對Q1e的重要程度由各類型事故發生的頻率決定，它直接關系到相應配置發揮作用的機率。根據C-NCAP[15]評分規則中身體各部位所占分值，可以擬定在碰撞事故中保護頭部、頸部、胸部、膝部和腹部各部分的相對必要性比值為13∶9∶15∶6∶4。C-NCAP中僅對成人乘員做了比較全面的考慮，而在實際的交通環境中，兒童乘員和行人是不得不考慮的兩個構成部分，因此在判斷各類保護對象的相對重要度時應參照Euro NCAP[16]中成人乘員、兒童乘員、行人在總分中各占51.4%，28.0%，20.6%的比重，確定保護對象的相對重要度為前排乘員∶后排乘員∶兒童乘員∶ 行人=5∶4∶3∶2。被動安全的期望安全貢獻度值見表2。

主動安全配置由于作用工況復雜，作用方式差別很大，難以按統一指標對其進行評價，本文采取消費者調研與客觀事故數據相結合的方法，通過對配置進行功能層級劃分來確定Q1e值。表3為自動輔助類配置的Q1e值，根據其作用工況和自動化程度確定。各工況的相對重要程度通過對50名駕駛員進行電話訪談或者面談來獲取數據，根據數理統計學的經驗法則，認為樣本量大于30的就可以應用一些統計分布的結論，且本文調研的駕駛員樣本都是經過嚴格篩選的，所有駕駛員實際獨立駕車時間都在3個月以上，對車輛的各個工況有較好的了解，因此調研結果具備較高的可靠性和真實性。配置的自動化程度劃分為4個等級，4級自動化程度可以完全解放手和腳的操作，3級自動化程度可以解放手或腳的操作，2級自動化程度可以輔助手和腳的操作，1級自動化程度的配置是2級自動化程度配置的補充。

信息提醒類配置的Q1e值確定過程見表4，先按照信息類別的調研結果進行排序，再通過對相同功能不斷細分比較，結合插值法最終求出各配置的 Q1e值。視野輔助類配置的Q1e值也按同一思路進行，在此不再詳述。

3.2.2 技術風險值量化

技術風險主要是指由于技術本身的成熟度、技術壽命的不確定性、創新技術的能力、技術難度等因素導致的技術失敗的可能性。技術采用生命周期（Technology Adoption Life Cycle）表現為一條鐘形曲線（圖1），它將新技術在消費者中的擴散過程分成5個階段，分別為創新者采用階段、早期采納者采用階段、早期大眾采用階段、晚期大眾采用階段與落后者采用階段，各階段的采用者占整體使用人數的比例分別為2.5%、13.5%、34%、34%、16%[17]。技術生命采用周期各階段的技術風險值見表5[18]。本文研究的各安全配置的技術風險值可根據其所處的技術擴散階段來確定，而配備率能很好地反映各配置目前的市場滲透情況。對于屬于同類技術的不同配置，技術風險值應統一取最小值。

安全配置的成本主要包括兩大部分：購置價格和持有價格。多數安全配置在汽車的使用壽命范圍內都能正常運行且維修支出較小，在此只關注安全配置的購置價格。購置價格通常包含在整車價格之內，單個安全配置的價格很難獲取，因此成本數據依據現行市場上在4S店加裝該配置的價格來確定。政策引導即國家、行業對該配置的重視程度，汽車上配備率達到100%的安全配置不在本文的研究范圍內，所以國內的強制性安裝法規不包括在內。政策對安全配置擴散的引導程度首先是根據國內相關的政策和技術標準來進行等級劃分，用1表示法規要求強制安裝，0表示完全沒有任何相關的政策和技術法規，當然這種極端情況是很少出現的。確定政策引導力度與國內政策法規之間的關聯關系（表6），再綜合考慮該配置在國外是否屬于法規強制安裝的或者新車評價規程所鼓勵安裝的配置，相應調整配置的政策引導力度上升一個等級。各配置的屬性量化值見表7。

3.3 實例分析

鑒于我國自主品牌乘用車目前主要定位于中低端市場，本文選取8～10萬元價格區間內的乘用車進行安全配置的擴散規律研究，旨在給自主品牌汽車企業選擇安全配置提供科學的參考。

3.3.1 目標屬性權重確定

有3位決策者參與決策，針對8～10萬元價格的乘用車，分別對安全貢獻度Q1、成本Q2和政策引導Q3進行重要程度的判斷，得到群體決策判斷矩陣。

3.3.3 決策方案的綜合評估值及排序

根據步驟4和步驟5計算各配置的綜合評估值，按照綜合評估區間值的期望值和方差進行排序，得到8～10萬元車型上的各類安全配置擴散的優先級順序（表8）。

本文選取上海大眾、上海通用、一汽大眾、上汽通用五菱、吉利、長安、長城七大品牌的8～10萬元價格區間的102輛暢銷車型的配備率來對預測結果進行驗證。由圖2可知，該排序結果與市場上8～10萬元價格區間暢銷車型的安全配置配備率分布（圖中未出現的配置配備率為0）基本一致，結果中存在一些微小的差異主要是因為實際應用過程還需要考慮各配置間的裝配關系、配置功能互補或重復程度、產品具體定位等諸多因素。

在被動安全類的排序中，由于前后排頭部氣囊通常為一體化裝置，因此實際擴散過程中后排頭部氣囊的優先級順序提前。在自動輔助類排序中，上坡輔助和陡坡緩降是在VSC系統的基礎上加裝的，其擴散的優先級順序會排在VSC系統之后。制動輔助與ABS屬于功能互補關系，結合使用能發揮“1+1>2”的功效，所以它在實際應用擴散中的擴散優先級會提前。主動制動與ABS在一定程度上屬于功能重復關系，而ABS具有絕對的擴散優先權，所以主動制動擴散優先級會延后。定速巡航除了是一種安全配置外，給消費者帶來的舒適性和科技感也不可忽略，本文僅從安全角度出發，因此造成其擴散排序偏后。對于信息提醒類配置前駐車雷達，大部分消費者會在購車后自行加裝，故實際的前駐車雷達配置率高于分布圖中的配置率。

總之，本文的排序結果是建立在對配置的安全貢獻度、成本和政策引導三方面綜合評估的基礎之上的，這三方面作為企業關注的核心部分，配置的排序結果對企業有較大的參考意義。車型在具體應用過程中應進一步考慮各配置間的配合關系，并根據其具體定位進行適當調整。在安全配置擴散預測結果的基礎之上，企業再進行配置的選擇時，復雜、難以處理的問題變得條理清晰、有據可依，本文提出的不確定多屬性配置評級模型為企業的安全配置選擇以及技術路線規劃提供了科學合理且靈活應對的應用方法。

4 結論

本文的主要貢獻：一是建立了模糊區間與層次分析法相結合的不確定多屬性配置評價模型，為汽車生產廠家解答技術快速更新情況下的安全配置選擇問題提供了科學的參考方法。該模型靈活地處理了影響配置擴散的定性因素和定量因素，同時考慮了決策者以及因子量化過程中必然存在的不確定性和模糊性特點，使模型處理結果更大程度地反映了決策者的意志，模型輸出更具可信度。二是定義了安全配置的安全貢獻度，針對國內道路交通事故數據不齊全的難題，結合實際調研與客觀數據，從期望安全貢獻度和技術風險兩個方面衡量配置的作用效果，實現了同類配置功能的橫向比較。這種安全貢獻度的確定方法實際操作性強，是有效評價安全配置的重要綜合性指標，但它也存在一定的局限性，無法實現不同類之間安全配置的功能比較，如何實現全部安全配置的橫向比較還需進一步研究。